现场总线技术
现场总线技术及其应用
增强可维护性
现场总线设备具有自诊断和远程诊断功能， 方便维护和故障排除。
优化系统性能
现场总线技术可以实现分布式控制，优化了 系统性能，提高了生产效率。
02
现场总线技术分类与特点
分类方式及标准
按照国际标准分类
分为基金会现场总线（FF）、PROFIBUS、CAN总线等。
在能源与电力领域，现场总线技术将助力实现能源的高效 利用和电力的稳定传输，提高能源利用效率。
医疗与健康领域
现场总线技术也可在医疗与健康领域发挥重要作用，如实 现医疗设备的远程监控和维护，提高医疗效率和服务质量 。
技术创新与突破建议
加强基础研究
加大对现场总线技术的基础研究 力度，推动理论创新和技术突破
PROFIBUS总线
是一种广泛应用于工业自动化领域的 现场总线技术。它支持多种传输速率 和传输距离，并具有高可靠性和实时 性。
不同现场总线技术的比较
传输速率
不同现场总线技术的传输速率 不同，需要根据实际应用需求
选择合适的传输速率。
传输距离
不同现场总线技术的传输距离 也不同，需要根据实际应用需 求选择合适的传输距离。
无线化与智能化
无线现场总线技术将逐渐普及，实现设备间无线通信，降低布线成本，提高系统灵活性。 同时，智能化现场总线技术将进一步提高设备的自适应性、自诊断能力和远程监控能力。
标准化与互操作性
现场总线技术将更加注重标准化和互操作性，以实现不同厂商设备之间的无缝集成，降低 系统维护和升级成本。
面临的挑战与问题分析
定义：现场总线是一种用于工业 自动化领域，在现场设备之间实 现通信和控制，以及与上级控制 系统进行信息交互的通信技术。
现场总线技术概述
二、几种典型的现场总线介绍
WorldFIP 传输媒体可以是屏蔽双绞线或光纤。 传输速率为： 31.25K bps用于过程控制；1M bps 用于加工制造系统；2.5M bps用于驱动系统。 标准速率为1M bps，使用光纤时最高速率可达5M bps。 目前WorldFIP的总线产品有法国Schneider公司的 Modicon-TBXplc系统；ALSTHOM公司的S－900 SCADA系统等。
二、几种典型的现场总线介绍
PROFIBUS现场总线 PROFIBUS有三个部分组成：
PROFIBUS-FMS（Field Message Specification）：主要 是用来解决车间级通用性通讯任务。可用于大范围和复杂的 通讯。总线周期一般小于100ms。 PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）：经过优化的 高速和便宜的通信总线，它的设计是专门为自动控制系统与 分散的I/O设备级之间进行通信使用的。总线周期一般小于 10ms。 PROFIBUS-PA（Process Automation）：专门为过程自 动化设计的，它可使传感器和执行器按在一根共用的总线 上，甚至在本质安全领域也可接上。根据IEC1158－2标 准，PROFIBUS-PA用双绞线进行总线供电和数据通信。
第一章 现场总线技术概述
主要内容
第一节 现场总线的产生 第二节 现场总线的概念及分类 第三节 现场总线的特点和优点 第四节 现场总线标准的制定 第五节 现场总线的现状
第一节 现场总线的产生
在过程控制领域： 从20世纪50年代至今的信号标准：4-2OmA （0-5V）的 模拟信号。 20世纪70年代，数字式计算机引入到测控系统中，进行 集中式控制处理。 20世纪80年代，微处理器在控制领域得到应用，嵌入到 各种仪器设备，形成分布式(DCS)控制系统。
现场总线技术简介
演讲人
目录
0现场总线技术的概念
现场总线技术的定义
1
2
3
4
现场总线技术是一种 用于工业自动化领域
的网络通信技术
现场总线技术可以 实现设备之间的实 时数据交换和监控
现场总线技术可以 应用于各种工业控
制系统和设备中
现场总线技术可以 提高生产效率和降
Modbus等。
建筑自动化现场总线：用于建筑自动化 和控制系统的现场总线技术，如 LonWorks、BACnet等。
汽车电子现场总线：用于汽车电子控制 系统的现场总线技术，如CAN、LIN等。
智能家庭现场总线：用于智能家庭控制 系统的现场总线技术，如KNX、 ZigBee等。
现场总线技术的优缺点
01
现场总线技术的应用领域
工业自动化：用于控制和监测工业 生产过程
交通自动化：用于控制和监测交通 设施，如交通信号灯、交通监控等
楼宇自动化：用于控制和监测楼宇 设备，如照明、空调、安防等
医疗自动化：用于控制和监测医疗 设备，如医疗仪器、医疗监控等
现场总线技术的分类
现场总线技术的种类
工业现场总线：用于工业自动化和控制 系统的现场总线技术，如Profibus、
优点：实时性好，传输速度快，可靠性高，易于维护和扩展
02
缺点：成本较高，需要专门的硬件和软件支持，兼容性较差
03
适用场景：工业自动化、智能建筑、智能交通等领域
04
发展趋势：随着技术的不断发展，现场总线技术将更加智能化、集成化和网络化。
谢谢
低生产成本
现场总线技术的特点
01 实时性：现场总线技
术可以实现实时数据 传输，满足工业控制 对实时性的要求。
现场总线技术
○ DIN19245;EN50170 。
应用领域:工厂自动化和楼宇自动化。 使用情况:应用很广，已有250家生产厂商2000多种产品，已安装25万节点。
Profibus-DP 主要性能特点
传输速率范围很 广，可高速数据 通信 9.6Kbit/s~12 Mbit/s
:
料纺养厂应 管织系、用 理工统农领 系业、业域 统、沥环奶 。太青境制
阳和控品 能水制厂 电泥、、 站生动啤 、产物酒 燃、饲
:
:IEC61158;IEC61784;E
N50179
准标 。
Data
支
持
公 司
单 位
。丹
麦
Proces-
:
P-NET
P-NET主要性能特点
使用屏蔽双绞线电缆(RS485)，总线分段结构，每段长1200m; 通信速率:76.8kbit/s;·结构简单灵活，易于扩展，不采用专用芯片。
理 任
点网
。
:
要
工应 业用 控领 制域 。流
程 工 业 及 其 它
。司
册公
注等
过生
通默
品艾
家使
用 情 况
:
(4
)
已 有 产
主要性能特点
IEC支持，开放性好，可互操作性好; 使用工业级的以太网、集线器、交换机等设备; 网络层使用IP行规，传输层使用TCP、VDP(用户数据报协议，即为
IEIF标准下768项协议)行规; 作为FCS的主干网络，可局域网冗余，设备冗余。
INTERB US主要性 能特点
环型拓扑网络，通过总线控制板引出主干 线外，并具有165分支层;
现场总线技术
9.4.2 现场总线技术现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。
现场总线技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。
更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。
尤其是20世纪90年代现场总线技术逐渐进入中国以来，结合Internet和Intranet的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。
1．什么是现场总线技术从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。
而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。
数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等等。
现场总线技术就是将微处理器芯片嵌入到位于控制现场的检测仪表和执行机构中，使这些设备都具有了智能化的运算和通信能力，能成为独立承担各种检测、控制和通信任务的网络节点。
采用可进行简单连线的双绞线等传输途径作为总线，把多个测量控制设备连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，使得位于现场的多个测量控制设备之间以及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，从而形成了各种适应实际需要的新型的自动控制系统。
传统控制系统的接线方式是并联接线方式，从可编程控制器（PLC）控制各个电器元件，每一个元件对应有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制或电源。
当PLC 所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护也十分不便。
为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。
因而这根线自然而然地成了总线，就如计算机内部的总线概念一样。
由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以这种总线被称为现场总线。
现场总线技术概念
现场总线技术概念1.现场总线技术目前，公认的现场总线技术概念描述如下：现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。
其中，”生产过程”包括断续生产过程和连续生产过程两类。
或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。
2.现场总线技术产生的意义（1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。
现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4- 20mA/24VDC 信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。
（2）传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、4-20mA/24VDC 信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的”信息孤岛”，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。
（3）基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。
在CIMS 系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。
3.基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统基于现场总线技术的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统如图所示：图：基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统4.基于现场总线的自动化监控及信息集成系统主要优点（1）增强了现场级信息集成能力现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够更好的满足工厂自动化及CIMS 系统的信息集成要求。
现场总线是数字化。
现场总线技术
通过CAN总线连接的设备可以是限位开关、 光电传感器、管道阀门、电机启动器、 过程传感器、变频器、导示板、 PLC 和 PCI工作站等。
2、CAN总线数据链路控制特点
CAN Bus 数 据 链 路 层 协 议 采 用 平 等 式 (Peer to Peer)通信方式,即使主机出现 故障 , 系统其余部分仍可运行 ( 当然性能 受一定影响)。 当一个站点状态改变时,它可广播发送信 息到所有站点。
例如,一种具体的实现是信号使用差分电 压传输,两条信号线被称为“CAN-H”和 “CAN-L”。静态时均是2.5V左右,此时状 态表示为逻辑“1”,代表“隐性”。 CAN-H比CAN-L高,表示逻辑“0”,代表 “显性”。此时电压值通常为
CAN-H=3.5V CAN-L=1.5V
CAN 总线的通信距离与波持率有关 , 最大 通信距离可达1Okm,最大通信波持率可达 lMbps。 一个由 CAN 总线构成的单一网络中 , 理论 上可以挂接无数个节点,实际应用中节点 数目受网络硬件的电气特性所限制
CAN能够使用多种物理介质,例如双绞线、同轴 电缆和光纤等。最常用的是双绞线。 CAN 总线可以具有两种互补的逻辑值之一 , 即 “显性(Dominant)”或“隐性(Recessive)”。
显性位和隐性位同时传输时 , 总线的结果值为 显性。例如 , 在执行总线的 " 线与 " 时 , 逻辑 0 代 表"显性"等级,逻辑1代表"隐性"等级。可以根 据不同的物理实现来规定这些逻辑电平的物理 状态。
2、互操作性和互换性
现场总线是将自动化最底层的现场控制器和现 场智能仪表设备互连的实时控制通信网络 , 强 调遵循公开统一的技术标准 , 采用开放式互连 结构,因而,有条件实现设备的互操作性和互换 性。
现场总线技术
发展趋势
现场总线技术的发展应体现为两个方面：一个是低速现场总线领域的继续发展和完善；另一个是高速现场总 线技术的发展。
现场总线产品主要是低速总线产品，应用于运行速率较低的领域，对络的性能要求不是很高。从应用状况看， 无论是FF和Profibus，还是其他一些现场总线，都能较好地实现速率要求较慢的过程控制。因此，在速率要求较 低的控制领域，谁都很难统一整个世界市场。而现场总线的关键技术之一是互操作性，实现现场总线技术的统一 是所有用户的愿望。今后现场总线技术如何发展、如何统一，是所有生产厂商和用户十分关心的问题。
基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为 31.25Kbps，通信距离可达 1900m （可 加中继器延长），可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率为 1Mbps和 2 5Mbps两种，其通信距 离为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC 1158-2标准。其物理媒介的传 输信号采用曼彻斯特编码，每位发送数据的中心位置或是正跳变，或是负跳变。正跳变代表0，负跳变代表1，从 而使串行数据位流中具有足够的定位信息，以保持发送双方的时间同步。
优点
节省硬件数量与投资
发展趋势由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因 而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离技 术等功能单元及其复杂接线，还可以用工控PC机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，由于控制设备的减少， 还可减少控制室的占地面积。
一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动 信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称 为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系 统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统 所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻 底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。
现场总线技术概述
现场总线技术概述现场总线技术（Fieldbus）是指在工业自动化系统中，用于连接现场设备和控制系统的一种通信协议和架构。
它通过将数据和控制命令从控制系统传输到现场设备，并将现场设备反馈的数据传输回控制系统，实现实时监控和控制。
现场总线技术的发展起源于20世纪80年代，旨在解决传统控制系统中布线复杂、成本高昂、可靠性低等问题。
与传统控制系统相比，现场总线技术具有可编程、分布式、开放性强等优点，是实现工业自动化和智能化的重要手段之一现场总线技术的核心是通信协议，常见的现场总线协议包括Profibus、Modbus、FOUNDATION Fieldbus、DeviceNet等。
这些协议定义了数据格式、通信速度、错误检测和纠正等通信规范，保证了不同设备之间的互通性和稳定性。
现场总线技术的架构通常由控制层、总线层和现场设备层组成。
控制层包括控制器和上位机，负责发送控制命令和接收反馈数据；总线层是控制器与现场设备之间的通信介质，包括总线线缆、连接器和信号转换设备；现场设备层包括传感器、执行器等各种设备，负责感知和执行现场操作。
现场总线技术在工业自动化中的应用广泛，涵盖了各个行业和领域。
它可以实现对现场设备的远程监控和控制，提高了系统的可靠性和灵活性。
同时，现场总线技术还可以对现场设备进行参数配置和诊断，减少了故障排除时间和维护成本。
然而，现场总线技术也存在一些挑战和限制。
首先，不同的现场总线协议之间，通常不能直接互联互通，需要通过网关或转换器进行数据的转换和交换。
其次，现场总线技术对硬件设备的要求较高，需要选择与总线兼容的设备进行接入。
此外，现场总线技术的通信速度相对较慢，对于一些对实时性要求较高的应用场景可能不够满足。
总的来说，现场总线技术是工业自动化领域的重要技术和工具，具有广泛的应用和发展前景。
随着工业互联网的兴起，现场总线技术将继续推动工业自动化向智能化、高效化的方向发展。
现场总线技术
引言随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。
信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。
现场总线(Fieldbus)就是顺应这一形势发展起来的新技术。
一．现场总线的概述1．现场总线简介现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。
随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的急剧降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展，而处于生产过程底层的测控自动化系统，采用一对一连线，用电压、电流的模拟信号进行测量控制，或采用自封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为“信息孤岛”。
要实现整个企业的信息集成，要实施综合自动化，就必须设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通信系统，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。
现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运而生的。
它作为过程自动化、制造自动化、楼宇、交通等领域现场智能设备之间的互连通信网络，沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层网络之间的联系，为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。
现场总线技术将专用微处理器臵入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。
它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。
它给自动化领域带来的变化，正如众多分散的计算机被网络连接在一起，使计算机的功能、作用发生的变化。
《现场总线技术大全》课件
用于自动化系统的管理和维护，支持设备的远程监控、故障诊断、资 产管理等功能。
软件应用的选择
01
根据实际需求选择合适的软件应用，需要考虑软件的功能、性 能、易用性、兼容性等方面。
02
根据自动化系统的规模和复杂度选择相应的软件应用，以满足
系统的监控、控制和优化需求。
在选择软件应用时，还需考虑软件供应商的技术支持和服务质
硬件设备的性能和可靠性直接影 响到整个现场总线系统的稳定性
和可靠性。
随着技术的发展，硬件设备的种 类和功能越来越丰富，为现场总 线技术的应用提供了更多的可能
性。
常见的硬件设备
传感器
用于采集现场的各种物理量， 如温度、压力、流量等，是实
现自动化检测的关键设备。
执行器
用于控制现场设备的动作，如 阀门、电机等，是实现自动化 控制的关键设备。
现场总线技术的应用领域
现场总线技术广泛应用于工业自动化 领域，如制造业、电力、石油化工等 。
在电力行业中，现场总线技术可以用 于实现电网的自动化监控和维护，提 高电网的可靠性和安全性。
在制造业中，现场总线技术可以实现 生产设备的监控和控制，提高生产效 率和产品质量。
在石油化工领域，现场总线技术可以 实现生产过程的自动化控制和监测， 提高生产效率和安全性。
技术发展的方向
01
实时性
进一步提高数据传输的实时性， 以满足工业控制对于快速响应的 需求。
安全性
02
03
兼容性
加强安全防护，提高系统的可靠 性和稳定性，防止数据泄露和被 攻击。
增强不同品牌和型号设备之间的 兼容性，降低集成成本和维护难 度。
技术发展的前景
01
02
现场总线技术及其应用
案例三：城市交通信号控制系统应用
总结词
利用现场总线技术实现城市交通信号的智能控制，提高 交通流畅度和安全性。
详细描述
在城市交通管理中，采用现场总线技术构建交通信号控 制系统，实现各个路口信号灯的实时通信和控制。通过 实时数据采集和智能算法，优化信号灯的配时方案，提 高交通流畅度和安全性，缓解城市交通拥堵问题。
在工业自动化领域，常见的现场总线 技术包括PROFIBUS、Modbus、 EtherNet/IP等。
智能建筑
智能建筑是现场总线技术的另一个重 要应用领域。通过现场总线，可以实 现建筑物内各种设备（如照明、空调 、安防等）的集中控制和管理，提高 建筑物的能源利用效率和舒适度。
VS
在智能建筑领域，常见的现场总线技 术包括LonWorks、CAN等。
智能交通系统
智能交通系统是现场总线技术的重要应用方 向之一。通过现场总线，可以实现交通信号 灯、监控摄像头等交通设施的集中控制和数 据传输，提高交通效率和安全性。
在智能交通系统领域，常见的现场总线技术 包括FlexRay、TTCAN等。
医疗设备
医疗设备是现场总线技术的重要应用 领域之一。通过现场总线，可以实现 医疗设备的集中控制和数据传输，提 高医疗设备的可靠性和安全性。
02
现场总线技术种类
PROFIBUS
德国标准总线
PROFIBUS是一种用于工业自动化的现场总线标准，由德国标准委员会制定。它 支持多种通信协议，广泛应用于制造业、过程控制和楼宇自动化等领域。
CAN总线
控制器局域网
CAN总线是一种用于汽车和工业自动化领域的现场总线标准。它支持分布式实时控制，具有高可靠性和灵活性，广泛应用于 汽车电子、智能交通和工业自动化等领域。
现场总线技术总结
现场总线技术总结1. 引言现场总线（Fieldbus）技术是工业自动化领域中的一种常用通信协议，用于在现场设备与上位机之间进行数据和信号的传输。
它可以代替传统的模拟信号传输方法，提供更高的数据传输速率和更可靠的通信。
本文将对现场总线技术进行总结和分析，包括现场总线的基本原理、应用领域、优势和不足以及发展趋势等方面，以期帮助读者深入了解并合理应用现场总线技术。
2. 现场总线的基本原理现场总线是一种串行通信协议，采用主从结构，主要由主站和从站组成。
主站负责控制通信过程，发送和接收数据；从站负责响应主站的指令，并提供相应的数据。
现场总线技术采用数字信号传输，将传感器、执行器等现场设备的信号模拟量或数字量转换为数字信号，通过总线传输到上位机进行处理。
主站通过发送不同的指令和控制报文来实现与从站之间的通信。
3. 现场总线的应用领域现场总线技术广泛应用于工业自动化领域，包括但不限于以下几个方面：3.1 工厂自动化在工厂自动化控制系统中，现场总线技术可以实现对各类传感器和执行器的集中管理和监控。
通过现场总线，主站可以实时获取从站的数据，实现对生产线的实时控制和调度。
3.2 过程控制现场总线技术在化工、电力、石油等行业的过程控制系统中得到广泛应用。
传感器和执行器通过现场总线与上位机进行通信，实现对工艺过程的监测和控制，提高生产效率和质量。
3.3 智能建筑现场总线技术也可应用于智能建筑系统中。
通过现场总线，可以实现对灯光、空调、安防等各类设备的集中管理和控制，提高能源利用效率和生活舒适度。
4. 现场总线技术的优势和不足4.1 优势•高可靠性：现场总线技术采用数字信号传输，具有较强的抗干扰能力和可靠性，能够在复杂的工业环境中稳定运行。
•高灵活性：现场总线可以方便地集成各类传感器和执行器，并实现与上位机之间的数据传输，提供了灵活的系统扩展和升级能力。
•降低成本：通过使用现场总线，可以减少布线和设备成本，简化系统结构和维护工作，降低了整体的工程成本。
现场总线中的名词解释
现场总线中的名词解释在现代工业自动化系统中，现场总线是一个重要的概念。
它是一种用于连接各种现场设备和控制系统的通信技术。
通过传输数据和信号，现场总线实现了实时监测和控制，提高了系统的可靠性和灵活性。
在这篇文章中，我将对现场总线中的一些关键名词进行解释，帮助读者更好地理解现场总线技术。
1. 现场总线（Fieldbus）现场总线是用于连接各种现场设备的数字通信系统。
它使用了一种开放的标准，通过一根或多根传输线路，将信号和数据传输给现场设备。
现场总线系统可以在一个物理网络上同时传输多种信号，如数据、控制命令、故障状态等。
相较于传统的集线器和点对点连接方式，现场总线提供了更高的效率和可扩展性。
2. 主站（Master）主站是现场总线架构中起控制和管理作用的设备。
它能够通过总线上的通信协议与各个从站进行数据交换和控制命令传输。
主站通常由上位机、PLC（可编程逻辑控制器）或其他控制设备实现。
主站负责对网络进行配置、数据采集、控制命令下发以及故障排除等工作。
3. 从站（Slave）从站是现场总线架构中执行实际工作的设备。
每个从站都与总线连接，并具有独立的地址。
从站能够接收主站发送的控制命令，并将实时数据传输回主站。
从站通常是各种现场设备，如传感器、执行器、伺服驱动器等。
通过从站与主站之间的通信，现场总线实现了对各个现场设备的集中监控和控制。
4. 总线结构（Bus Topology）现场总线采用总线拓扑结构。
在总线结构中，所有设备共享同一条传输线路。
传输线路两端连接主站和从站，而从站之间是串联连接的。
这种结构特点使得总线系统的布线更为简洁，减少了线缆的使用量和系统成本。
同时，总线结构使得现场设备之间的通信更加灵活和实时。
5. 周期通信与事件通信（Cyclic and Acyclic Communication）现场总线中的通信方式通常分为周期通信和事件通信。
周期通信是按照固定时间间隔进行数据交换的方式。
主站通过周期性地发送查询命令，获取从站的实时数据。
现场总线技术特点及应用原则
现场总线技术特点及应用原则现场总线是一种用于控制系统的通信网络技术，通过这种技术，设备、传感器、执行器和控制器可以彼此互连，并且可以相互交流数据和控制信息。
现场总线技术的特点和应用原则在这篇文章中将会被详细阐述。
一、现场总线技术的特点1.高效性：现场总线技术可以使用单根通信线路来连接众多设备，可以很好地减少线路数量和长度，从而提高了系统的效率和功能。
2.可靠性：现场总线技术是一种高度可靠的技术，通过数据的监测和校验，可以检测和纠正传输过程中出现的错误。
3.实时性：现场总线技术可以实现实时控制和数据交换，控制和监测可以及时响应输出信号并得到及时反馈，实现了高效的控制体系。
4.通用性：现场总线技术不受制于具体的控制设备的数量和种类，适用于各类工业自控领域。
5.扩展性：现场总线技术的通信速度和容量都可以进一步扩展，可以满足各种规模的系统的通信需求。
二、现场总线技术的应用原则1.选择适当的通信协议：现场总线技术有多种通信协议，如Profibus、Modbus、CAN等，选择适当的通信协议可以更好地适应不同的控制和通信需求。
2.采用适当的通信格式：通信的格式有B2B、从站-主站、CAN总线等多种形式，通信所采用的格式应该符合系统的特点，必须充分考虑通信方式的可读性、可靠性和有效性。
3.选择合适的通信技术软件：通信技术软件是现场总线技术的重要组成部分，软件质量直接关系到现场总线技术是否正常运行。
在选择通信技术软件时，要考虑软件的可靠性、易用性、扩展性等因素。
4.选择合适的硬件平台：现场总线技术的硬件平台是硬件设备的基础，选择适当的硬件平台对现场总线技术的实现和使用至关重要。
硬件平台应该具备足够的通信带宽和传输速度，以确保数据的高效传输。
5.正确配置设备参数：设备的配置参数包括通信速度、地址、信号格式等，必须正确配置设备参数，否则通信将会失败。
设备的配置应该考虑系统的通信和控制需求，确保设备配置正确并灵活。
总之，现场总线技术的特点和应用原则对系统的运行和效率有很大的影响，必须认真考虑和贯彻。
现场总线技术及其应用专项培训
四 现场总线在配电自动化中的应用
基于现场总线的电力配电监控网络构成
20
四 现场总线在配电自动化中的应用
系统主要特点
➢ 友好的人机界面； ➢ 强大的网络通信； ➢ 可靠的安全管理； ➢ 实时的故障报警和事件处理； ➢ 完善的数据报表； ➢ 系统内相关资源的数据采集、监控和共享； ➢ 为各级电力系统的管理者提供的决策帮助； ➢ 系统可靠性、稳定性和可视化的明显提高； ➢ 对各个智能子系统的远程监控；
➢ 机械式水压自动机 ➢ 单回路数字调节器、PLC和集散控制系统(DCS) ➢ 现场总线控制系统FCS
6
二 现场总线在煤化工控制领域中的应用
气化层温度将随着空气的加入而升高，随着蒸气的加入而 降低，呈现一定规律变化，该生产过程被称为一个工作循环。
吹风气
3
4
5 6 煤气
水 蒸 汽
2
1
7
空气
各阶段气体流向示意图
CAN现场总线技术应用于造气炉控制系统，从根本上实现结 构分散、信息集中、管控一体化的全新分布式控制模式；
基于CAN现场总线的造气炉智能控制系统的产业化发展，将 为造气炉的高水平自动化提供强有力的技术支持。
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三 现场总线在锅炉控制系统中的应用
1. 项目概述 我国的锅炉产业发展迅猛，但运行热效率低,浪费能源，
二 现场总线在煤化工控制领域中的应用
软件节点设计
各节点软件具体包括以下各软件包： (1) RDSP-4型雷达信号处理软件包； (2) ZF-4S-BIOS型基本I/O管理模块； (3) ZF-4S-ZQC型造气过程控制软件包； (4) ZF-4S-HN型氢氮比控制模块。
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二 现场总线在煤化工控制领域中的应用
现场总线及其应用技术
现场总线及其应用技术一、引言现场总线（Fieldbus）是指在工业自动化控制系统中，用于连接现场设备的一种通信总线技术。
它通过集成控制器和现场设备之间的数据交换，实现工业自动化系统的控制与监测。
本文将介绍现场总线的基本概念、工作原理以及在实际应用中的一些技术。
二、现场总线的基本概念现场总线是一种将传感器、执行器等现场设备与控制器相连的通信系统。
它能够提供双向通信、实时数据传输和分布式控制等功能，极大地简化了工业自动化系统的布线和维护工作。
常见的现场总线包括Profibus、Modbus、CAN等。
三、现场总线的工作原理现场总线的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 传感器或执行器将采集到的数据通过现场总线发送给控制器。
2. 控制器接收到数据后，进行处理并发送相应的控制指令给现场设备。
3. 现场设备接收到控制指令后，执行相应的动作，并将执行结果反馈给控制器。
四、现场总线的应用技术1. 实时性技术现场总线要求具有较高的实时性，能够在短时间内完成数据的传输和处理。
为了提高实时性，现场总线采用了一系列技术，如时间触发、通信速率调整和数据压缩等。
2. 安全性技术现场总线在工业自动化系统中承担着重要的控制和监测任务，因此安全性是其应用中的重要考虑因素。
现场总线采用了多种安全技术，如数据加密、身份认证和访问控制等，保障系统的安全运行。
3. 故障诊断技术现场总线能够实时监测现场设备的状态，并提供故障诊断功能。
通过采集设备的运行数据和故障信息，现场总线可以及时判断设备的工作状态，并进行故障定位和排除。
4. 网络管理技术现场总线通常由多个设备组成一个网络，因此需要进行网络管理。
网络管理技术包括网络拓扑结构的设计、数据包的路由和转发、网络性能的监测和调优等，保证网络的稳定和可靠运行。
5. 数据采集与处理技术现场总线能够实时采集大量的数据，并进行处理和分析。
数据采集与处理技术包括数据采样、滤波、数据压缩和数据存储等，为后续的控制和决策提供可靠的数据支持。
现场总线技术
1-1.什么是现场总线？现场总线系统出现的背景是什么？答：现场总线定义为应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行数字通信系统，也被称为开放式，数字化、多点通信的底层控制网络。
背景：随着微机处理器与计算机功能的不断增强及价格的急剧降低，计算机与计算机网络得到迅速发展，而处于生产过程底层的测控自动化系统，仍采用一对一连线，用电压，电流的模拟信号进行测量控制，或采用自封闭式的集散系统，这难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为“信息孤岛”严重制约其本身的发展。
要实现整个企业的信息集成，实施综合自动化，就必须设计出一种能在工业现场环境运行、性能可靠、实时性强、造价低廉的通信系统，形成工厂底层网络，完成现场设备之间，以及自动化设备与外界的信息交换。
现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运而生的。
1-2.与DCS相比，FCS在结构上有哪些特点？试画出结构图。
答：与DCS相比，FCS有两个新特征：（1）FCS将DCS中的I/0总线用现场总线来代替，并直接用于生产现场;（2）FCS用现场总线数字仪表替代DCS 中的现场模拟仪表，其变送器不仅信号变换、补偿、累加功能，而且具有诸如PID等运算控制功能，其执行器不仅具有驱动和调节功能，而且有特性补偿、自较验、自诊断和PID控制功能、1、简述自动控制系统经历的4个发展阶段.答：（1）模拟仪表控制系统（2）直接数字控制系统（3）集散控制系统（4）现场总线控制系统。
2、试展望FCS发展前景；目前有哪些因素妨碍FCS在工业的推广庄用？谈谈如何加进FCS的发展？答：现场总线技术的发展，促使工厂底层自动化系统及信息集成技术产生变革，新一代基于现场总线的自动化监控系统已初露靖倪。
FCS将逐步替代PLL和DCS 仿格和通信协议差异带来的各家产品兼客问题等因素妨碍了FCS的发展制定统一的协议，生产低成本的产品可促进FCS的发展。
1、简述总线上的主设备与从设备的特点、答：主设备可在总线上发展信息传输。
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1-1 什么是现场总线？现场总线出现的历史背景是怎样的？定义：应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络.它广泛应用于制造业、流程工业、楼宇、交通等领域的自动化系统中。
背景：从20世纪50年代至今一直都在使用着一种信号标准，那就是4一2OmA的模拟信号标准.20世纪70年代，数字式计算机引人到测控系统中,而此时的计算机提供的是集中式控制处理。
20世纪80年代，微处理器在控制领域得到应用，微处理器被嵌人到各种仪器设备中,形成了分布式控制系统。
随着微处理器的发展和广泛应用，产生了以IC代替常规电子线路，以微处理器为核心，实施信息采集、显示、处理、传输及优化控制等功能的智能设备.一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪表产品，其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自校正、自诊断等功能,还能提供故障诊断、历史信息报告、状态报告、趋势图等功能通信技术的发展,促使传送数字化信息的网络技术开始得到广泛应用。
与此同时,基于质量分析的维护管理、与安全相关系统的测试记录、环境监视需求的增加,都要求仪表能在当地处理信息，并在必要时允许被管理和访问，这些也使现场仪表与上级控制系统的通信量大增. 另外，从实际应用的角度出发,控制界也不断在控制精度、可操作性、可维护性、可移植性等方面提出新需求。
由此，导致了现场总线的产生。
1-2 与DCS相比，FCS在结构上有哪些特点？试画出其结构图。
特点:形成了新型的网络集成式全分布控制系统,现场总线控制系统由于采用了现场总线设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、输入输出模块置入现场总线设备，加上现场总线设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行器直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。
由于采用数字信号代替模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信号（包括多个运行参数值、多个设备状态、故障信息），同时又为多个现场总线设备提供电源;现场总线设备以外不再需要A/D、D/A转换部件。
结构图：1-3 FCS相对于DCS具有哪些优越性？试述FCS的技术特点.优越性：1。
FCS实现全数字化通信.2.FCS实现彻底的全分散式控制。
3。
FCS实现不同厂商产品互连、互操作。
4。
FCS增强系统的可靠性、可维护性。
5。
FCS降低系统工程成本。
技术特点：1.系统的开放性。
2。
互可操作性与互用性。
3。
现场设备的智能化与功能自治性。
4.系统结构的高度分散性。
5.对现场环境的适应性。
1-4 试展望FCS发展前景。
目前有哪些因素妨碍FCS在工业的推广应用？前景：现场总线控制系统FCS采用了现代计算机技术的网络技术、微处理器技术及软件技术,实现了现场仪表之间的数字连接及现场仪表的数字化，给工业生产带来了巨大的效益，降低了现场仪表的初始安装费用，节省了电缆、施工费,增强了现场控制的灵活性，提高了信号传递精度，减少了系统运行维护的工作量。
现场总线技术的发展,促使工厂底层自动化系统及信息集成技术产生变革，新一代基于现场总线的自动化监控系统已初露端倪。
可以预言，尽管目前是FCS与DCS并存，最终FCS将逐步代替DCS和PLC。
因素：1。
总线系统繁简不一，最简单的总线好像就是大约用了约100年的电话线。
2。
载波控制系统的使用.复杂的总线比方如以汽车系统使用的总线CAN技术，每个节点都是需要一套CPU。
一切的一切都是在于能够达到成功控制所需的成本。
为了成本的问题才出现不同层次的总线系统的存在.2-1 什么是总线主设备、从设备？总线操作过程的内容是什么？寻址方式有几种？定义：可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”。
也就是说,主设备具备在总线上主动发起通信的能力,又称命令者.不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为“总线从设备"，也称基本设备。
内容：总线上命令者与响应者之间的“连结→数据传送→脱开”这一操作序列称为一次总线“交易”（Transaction），或者叫做一次总线操作。
方式：1.物理寻址.2。
逻辑寻址。
3.广播寻址.2—2 网络通信系统是由哪几部分组成的？各自作用是什么？组成部分：通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和。
它一般由信息源和信息接收者,发送、接收设备，传输媒介几部分组成.作用：1。
信息源和接收者是信息的产生者和使用者。
2.发送设备的基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来，即将信息源产生的消息信号经过编码,并变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介.3.接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等。
它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用,实现正确分路。
4.传输介质指发送设备到接收设备之间信号传递所经媒介。
它可以是无线的,也可以是有线的(包括光纤）。
有线和无线均有多种传输媒介，如电磁波、红外线为无线传输介质，各种电缆、光缆、双绞线等为有线传输介质。
2-3 在数据传输中有几种常用的数据表示方法？种类: 1.基带传输中数据的表示方法（1)平衡与非平衡传输（2)归零与不归零传输（3）单极性与双极性传输:(1）平衡、归零、双极性（2)平衡、归零、单极性（3）平衡、不归零、单极性(4）非平衡、归零、双极性（5)非平衡、归零、单极性（6）非平衡、不归零、单极性2.载带传输中的数据表示方法（1）调幅方式（2)调频方式（3）调相方式2—4 在数据通信系统中，通常采用几种数据交换方式?请简要叙述。
1.线路交换方式：线路交换方式是在需要通信的两个节点之间事先建立起一条实际的物理连接，然后再在这条实际的物理连接上交换数据，数据交换完成之后再拆除物理连接.2.报文交换方式：报文交换不需要事先建立实际的物理连接,而是经由中间节点的存储转发功能来实现数据交换。
3.报文分组交换方式：报文分组交换方式不需要事先建立实际的物理连接，交换的基本数据单位是一个报文分组。
并通过(1）虚电路方法。
(2)数据报文法。
来实现.2—5 比较通信网络系统中的几种拓扑结构。
星型结构:在星形拓扑中，每个站通过点-点连接到中央节点，任何两站之间通信都通过中央节点进行。
中央节点的结构显得比较复杂，对其要求较高。
环型结构:通过中继器进行点-点连接，构成一个封闭的环路。
中继器接收前驱站发来的数据，发往后继站.链路是单向的，工作站需有较复杂的网路处理功能。
总线型结构:在总线拓扑中,传输介质是一条总线，工作站通过相应硬件接口接至总线上。
一个站发送数据，所有其它站都能接收.2-6 说明ISO/OSI协议模型的七层结构，每层的主要功能是什么?ISO/OSI的7层参考模型包括：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
物理层主要是处理机械的、电气的和过程的接口,以及物理层下的物理传输介质等问题。
数据链路层的主要任务是加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显现为一条无错线路.网络层关系到子网的运行控制，其中一个关键问题是确定分组从源端到目的端如何选择路由。
传输层的基本功能是从会话层接收数据,并且在必要时把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误.会话层允许不同机器上的用户建立会话（session)关系。
表示层完成某些特定功能，例如用一种大家一致同意的标准方法对数据编码。
应用层包含大量人们普遍需要的协议。
2-7 物理层的接口有几种？请简要加以说明。
（1）RS—232C RS-232C是1969年由美国电子工业协会(EIA）修订的串行通信接口标准。
它规定数据信号按负逻辑进行工作。
以-5～-15V的低电平信号表示逻辑1,以+5～+15V的高电平信号表示逻辑0，采用25针的接插件，并且规定了最高传输速率为19.2kbit/s、最大传输距离为15m。
（2）RS-449为了进一步提高RS—232C的性能,特别是提高传输速率和传输距离，EIA于1977年公布了RS—449标准，并且得到了CCITT和ISO的承认.RS-449采用与RS—232C不同的信号表达方式，它的抗干扰能力更强,传输速率达到2。
5Mbit/s，传输距离达到300m。
另外，它还允许在同一通信线路上连接多个接收器.(3)RS—485 RS—485扩展了RS—449的功能，它允许在一条通信线路上连接多个发送器和接收器（最多支持32个发送器和接收器)，这个标准实现了多个设备的互连。
它的成本很低，传输速率和通信距离与RS-449在同一数量级。
3—1 简述PROFIBUS总线网络的模型结构和协议类型。
PROFIBUS通信模型参照了ISO/OSI参考模型的第一层（物理层)和第二层（数据链路层）,其中FMS还采用了第7层（应用层)，另外增加了用户层。
1.PROFIBUS-DP通信协议定义了第1层、第2层和用户接口层,未定义第3～7层，这种精简的结构确保了数据传输的高速有效。
2。
PROFIBUS—FMS通信协议定义了第1层、第2层和第7层，第7层又分为现场总线报文规范和底层接口。
3.PROFIBUS—PA使用扩展的PROFIBUS—DP协议进行数据传输,另外还规定了现场设备的设备行规。
3—2 简述RS—485传输技术的基本特性。
网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻；传输速率: 9.6kbit/s~12Mbit/s；介质:屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件(EMC)；站点数：每段32站（无中继），127站（有中继）；插头连接：9针D型插头3—3 简述IEC 61158—2传输技术要点,适合于什么应用场合？为什么？1.数据传输 IEC 61158-2的数据传输采用曼彻斯特编码，这是一种常用的基带信号编码.2。
传输电缆传输介质采用屏蔽/非屏蔽双绞线，总线电缆的特性决定了总线的最大扩展、可连接的总线站数和对电磁干扰的灵敏度。
3。
总线连接总线段上最多可连接32个站，总线段的两端各有一个无源RC终端器。
最大的总线段长度主要取决于供电设备、导线类型和所连接站的电流消耗.4.拓扑结构拓扑结构可以有多种形式,可以实现树形、总线型或其组合结构。
适合于现场级过程自动化，具有本质安全和总线供电特性。
3-4 PROFIBUS采用何种总线存取控制机制？主站之间采用令牌总线机制，主站与从站之间采用主从机制。
3-5 PROFIBUS控制系统由哪几部分组成？1。
一类主站一类主站指PLC、PC或可做一类主站的控制器。
一类主站完成总线通信与管理。
2.二类主站二类主站指操作员工作站(如PC机加图形监控软件）、编程器、操作员接口等。
完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。
3。
从站(1）PLC PLC可做PROFIBUS上的一个从站。